Efficient reduction of CO2 to C2 hydrocarbons by tandem nonthermal plasma and photocatalysis

光催化 串联 催化作用 化学 光化学 单独一对 氧化还原 电子 非热等离子体 材料科学 等离子体 无机化学 分子 有机化学 复合材料 物理 量子力学
作者
He Li,Mengyang Xia,Xiaxin Wang,Ben Chong,Honghui Ou,Bo Lin,Guidong Yang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:342: 123423-123423 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123423
摘要

CO2 photoreduction to hydrocarbons is a carbon-neutral technology for renewable energy. However, this strategy is challenged by the thermodynamic stability of CO2 and the low efficiency of multi-photoelectron utilization. In this paper, tandem nonthermal plasma and photocatalysis were used to effectively improve the efficiency of CO2 reduction to C2. We first activated CO2 by nonthermal plasma technology (NTP) and then converted the activated CO2 into C2 products by Cd0.8Zn0.2S/In2O3 photocatalyst with a special nanostructure. Without the addition of any sacrificial agent, the C2 yield of the catalyst reached 0.382 μmol h−1, which is one of the highest performances to date. In situ experimental and computational studies show that CO2+ activated by NTP has higher π orbital and HUMO levels of lone pair electrons and promotes the reduction of CO2+ by injecting electrons into the vacant orbital of the active site of Zn. At the same time, the unique structure of Cd0.8Zn0.2S/In2O3 photocatalyst can extend the life of charge through the optical field enhancement effect, and then react with the CO2+ intermediates generated by NTP technology to promote the coupling of C-C bonds, and finally promote the photocatalytic multi-electron reaction to produce C2 hydrocarbons.
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